Desenvolvimento de tecnologia avançada de síntese de materiais em fase metaestável

A porcentagem de hidretos de paládio em fase metaestável (HCP) gerados dependeu da concentração de paládio na solução aquosa de paládio e da intensidade do feixe de elétrons e conteúdo de hidrogênio dentro da fase metaestável. A porcentagem de hidretos de paládio em fase metaestável (HCP) gerados dependeu da concentração de paládio na solução aquosa de paládio e da intensidade do feixe de elétrons e conteúdo de hidrogênio dentro da fase metaestável. Crédito:Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia

Semelhante ao interesse generalizado em grafite e diamante, há um interesse crescente em fases metaestáveis, que possuem propriedades físicas diferentes das fases estáveis. No entanto, os processos para fabricar materiais de fase metaestável são altamente limitados. Novas descobertas foram publicadas na última edição da Nature sobre o desenvolvimento de um novo método de síntese de fase metaestável, que pode melhorar drasticamente as propriedades físicas de vários materiais.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Chun, Dong Won na Divisão de Pesquisa de Energia Limpa, Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST; Presidente:Yoon, Seok Jin), anunciou que eles desenvolveram com sucesso um novo hidreto de paládio avançado de fase metaestável (PdHx ) materiais. Além disso, eles identificaram seu mecanismo de crescimento.

Um material de fase metaestável tem mais energia termodinâmica do que na fase estável, mas requer energia substancial para atingir a fase estável, ao contrário da maioria dos outros materiais, que existem na fase estável com baixa energia termodinâmica. A equipe de pesquisa sintetizou diretamente um hidreto metálico cultivando um material que pode armazenar hidrogênio sob uma atmosfera de hidrogênio adequada, sem dispersar o hidrogênio dentro de um metal. Notavelmente, eles desenvolveram com sucesso um hidreto metálico de fase metaestável com uma nova estrutura cristalina. Além disso, eles confirmaram que o material de fase metaestável desenvolvido tinha boa estabilidade térmica e duas vezes a capacidade de armazenamento de hidrogênio de um material de fase estável.

Análise em tempo real do processo de crescimento de nanopartículas de hidreto de paládio metaestáveis em uma fase líquida por microscopia eletrônica de transmissão. Crédito:Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia

Para elucidar a base teórica e as evidências científicas para esses achados, a equipe de pesquisa usou a tomografia eletrônica atômica, que reconstitui imagens 3D de imagens de microscópio eletrônico 2D para cristais de tamanho nanométrico em um hidrato de metal, para análise. Como resultado, eles demonstraram que a fase metaestável era termodinamicamente estável, identificaram a estrutura 3D dos cristais de fase metaestável e sugeriram um novo mecanismo de crescimento de nanopartículas chamado "cristalização em vários estágios". Este estudo tem significado, pois revela um novo paradigma no desenvolvimento de materiais baseados em fase metaestável, quando a maioria das pesquisas está focada no desenvolvimento de materiais de fase estável.

Estrutura atômica 3D de nanopartículas de hidreto de paládio metaestáveis identificadas por tomografia eletrônica atômica e um esquema do processo de crescimento de nanopartículas em fase metaestável. Crédito:Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia

Dr. Chun disse, "Estes resultados do estudo fornecem um processo importante para obter tecnologia de origem no desenvolvimento de materiais avançados de liga contendo átomos leves. materiais energéticos que podem armazenar hidrogênio e lítio. Semelhante ao método Czochralski (CZ), que é usado para produzir silício monocristalino, um material chave na indústria de semicondutores atual, será uma tecnologia de fonte com grande potencial que contribuirá para desenvolvimento material”. + Explorar mais